从2006年秋季IDF看英特尔未来技术发展动向

http://www.sina.com.cn 2006年10月15日 16:00 天极yesky

八戒　前言：

　　在9月25日，英特尔每年举行两次的开发者论坛会议会再次于三藩市Moscone West会议中心举行。在此次秋季会议中，英特尔将重心放在这家公司未来方向之上，主要介绍包括英特尔的四核心处理器、45nm工艺、桌面DDR3内存的应用以及诸如Robson技术等相关的信息。因此，今天我们就根据英特尔在此次IDF所透露出来的相关信息，来看看英特尔未来技术发展趋势！

一、处理器从双核心到四核心的进化(一)

　　Core 2 Duo 无疑是当前最优秀的处理器产品，它为我们提供了极为强劲的性能表现。除此之外，英特尔为这款产品提供了相当完善的产能准备，比如在官方发布的60天内，英特尔所售出的Core 2 Duo处理器就已经超过了500万个。可以说，今天的夏季是有史以来Intel最忙的季节，Core 2 Duo 在全世界的销量喜人而也提供不错的性能表现。但是他们能得更好吗？我相信你已经知道答案：什么比双核心拥有更好的性能呢？4个核心！

从2006年秋季IDF看英特尔未来技术发展动向

　　到现在为止，英特尔正在加速执行从06年Q4 到07年Q1的进度表。四核心处器将首先针对市场上的超级发烧友，最初的桌面版本为Core 2 Extreme并将在11月开始发售。根据英特尔所提供的测试数据，Core 2 Extreme将比当前Core 2 Duo的有着70%的性能提供，算是当前最快的单封装处理器。而从明年第一季度起，英特尔将会把Core 2 Quad带入主流处理器市场。

从2006年秋季IDF看英特尔未来技术发展动向
Kentsfield其实是两个双核整合在一起

处理器从双核心到四核心的进化(二)

DivX 6.2.5 w/XMPEG 5.03(encoding time in seconds)
Core 2 Extreme QX6700 (2.66GHz 2x4MB/Quad)	Core 2 Extreme X6800 (2.93GHz 4MB/Dual)	Percentage Disadvantage (X6800 vs. QX6700)	Clock Scaling Estimate (Quad vs. Dual)
77	106	37.7%	51.4%

PCMark05 Professional
	Core 2 QX6700 (2.66GHz 2x4MB/Quad)	Core 2 X6800 (2.93GHz 4MB/Dual)	Percentage Advantage (QX6700 vs. X6800)	Clock Scaling Estimate (Quad vs. Dual)
Overall	7594	7706	-1.5%	8.40%
CPU Score	8485	7406	14.6%	26.03%

3DMark06 CPU score
Core 2 Extreme QX6700 (2.66GHz 2x4MB/Quad)	Core 2 Extreme X6800 (2.93GHz 4MB/Dual)	Percentage Advantage (QX6700 vs. X6800)	Clock Scaling Estimate (Quad vs. Dual)
3906	2487	57.1%	72.76%

　　Core 2 Quadro的主频2.66GHz，L2 Cache总共达到了空前的8MB。在功耗方面，Core 2 Quadro达到了非常高的130-W，和Pentium Extreme Edition 965相当，不过此时双核已经变成了四核，由于它是通过两个Core 2核心组合在一起，所以它的晶体管数目达到了Core 2的两倍：582M。同时我们考虑到如果照现在的情形看，超过两个Conroe核心的封装是不可行的。

　　因为如果要这样来实现八核，至少核心面积达到了572平方毫米(一个Conroe核心面积为143平方毫米)，这个在实际生产过程中已经造成了瓶颈，而8MB的精简版八核是可行的，但是这个时候功耗已经超过200W，所以可以确信Intel下一步将会是采用单die四核的设计来实现，并且共享L2缓存。但是这只是一个开始，转换到45nm将会在07年中，同时在09年受益于EUV lithography技术，Intel将实现32nm的生产，如果是这样Intel将领先其它芯片厂商超过两年。

　　在此次IDF之上，英特尔也展示了基于四核心处理器的游戏平台—采用超频到3.73GHz的Core 2 Quad处理器、NVIDIA GeForce 7900GTX显示卡，并拿出了异常强大的《Alan Wake》游戏来演示说明。《Alan Wake》这款游戏在多线程方面的利用相当充分，它在各种物理计算以及其它重要渲染方面都非常占用资源。因此这次演示的目的就是向人展示Alan Wake这个游戏将如何应用到处理器的多核心。

　　需要说明的是，目前Alan Wake这个游戏将无法在任何的单核心处理器上工作，即便是支持HyperThreading的Pentium 4处理器，无论你如何降低游戏的分辩率或图像品质，都将无法运行。因为这款游戏在进行运行的演示模式后，至少拥有5个独立的线程，分别是：图像渲染、音频处理器、流支持、物理计算以及地面的变化反应，这些数据同时都需要CPU来进行相应和计算，普通单核心处理器自然无法适应，当然了，如果不考虑音频处理的问题，那么有些本身也会有4个线程在工作。

处理器从双核心到四核心的进化(三)

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　　由于Alan Wake在室外的场景非常多，因此对于地面变化等方面的计算也非常重要，因为Alan Wake中将不在是光滑的地表，坑坑洼洼的地表以及突然会线下的泥土都给游戏带来了很大的真实感，但这也增加了处理器对这个部分的数据计算量。

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　　不过，由于这款游戏并不支持诸如Ageia的PhysX物理加速卡，因此所有的物理计算都需要处理器来完成。从在演示的情况来看，通过四核的Core 2 Quad可以实现非常流畅的运行。英特尔的Markus宣称，如果使用双核的处理器来进行物理计算模拟的时候，其发现双核心处理器每个核心基本有80%的任务是在处理器物理计算，而这样看来，要让双核运行这款游戏确实也是强人所难了。

　　而如果Core 2 Quad系统频率运行在默认的2.66GHz下那么游戏可能帧速度将低得让人无法接受，这也意味着如果使用双核心处理器那么运行起来更慢。当然了即时使用GeForce 7900GTX这样非顶级得显示卡，已经可以很好得满足Alan Wake得游戏需求了，相反的其对处理器的要求确实是非常高的。

　　可以说，随着Core 2 Quad的出现，这意味着未来处理器的发展可以摆脱物理加速卡的要求，完全实现软加速。

二、45nm时代即将来临(一)

　　随着核心再次倍增，处理器的晶体管数量水高船涨是不可避免的。不过，大家放心，未来摩尔定律仍将继续有继，因为新一代处理器生产工艺也即将启用。

　　在去年，Intel引入了65nm生产工艺，再次抛起了新一轮生产工艺革命。首先，65nm 的生产工艺可以提高芯片的集成度。在不增加芯片面积的情况下，使用65nm 生产工艺可以比90nm工艺增加一倍的晶体管数量，并可以扩展新的功能。其次，新工艺的引入可以显著降低芯片的功耗。这是因为在晶体管尺寸减少的同时，导电沟道的长度也随之减少，这样电子通过时的速度可以更快、时间也大大缩短。

　　在去年Intel和AMD相继推出了双核心处理器，设计功耗(TDP)为130W 和110W，面对功率强劲的“火炉”，电源、主板、散热器等配套设备都已不堪重负，这也是为什么Intel等芯片厂商改用65nm工艺的直接原因。在新工艺的帮助下我们已经可以将1千万晶体管整合在钢笔笔尖之上。而近日，Intel已经售出了他们第4000万个65nm制程的处理器。(不过其中只有500万个的量是Core 2的处理器，其余的都是NetBurst和Yonah的产品)

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　　英特尔并不满足于当前在 65nm生产工艺方面所取得的成绩，仍依然保持着每两年更新一代制造工艺的惊人速度，因此今年Intel正在计划另一个新的改变：引入45nm生产工艺。

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　　在性能上，45纳米工艺的晶体管也获得了很大进步。与65纳米工艺的产品相比，45nm制程的处理器可增加30%的性能提升，在电晶体层次可以减少5个褶层从而让漏电量减少为五分之一，晶体管开关切换速度提高20%，工作电流将减少30%，因此它将具有更好的节能效果和更高的性能。

　　其实早在今年1月，英特尔宣布了使用45纳米工艺的SRAM芯片生产成功，他们展示的这款SRAM芯片采用193纳米干法光刻技术，存储容量高达153Mbit，晶体管数目达到10亿个，芯片面积119平方毫米。由6个晶体管组成的SRAM存储单元的面积为0.346平方微米，大约相当于65纳米工艺的存储单元面积的一半，这也意味着采用45纳米工艺的产品单晶体管成本将更加低廉。

45nm时代即将来临(二)

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　　在以往的路线图中，45nm工艺将采用金属栅极和高K电介质，不过英特尔在此次IDF上还没有公布相关的信息。从最近的消息看来，英特尔的成熟技术有着异乎寻常的生命力：英特尔方面曾经表示，将不会考虑在未来的产品中引入SOI工艺，应变硅技术将在45纳米和32纳米工艺中继续应用。此外193纳米光刻技术的进展也使得它能够用到2010年，此后才可能引入EUV技术，惟一的例外是原计划在2012年应用的450毫米晶圆将可能在2008年后就开始采用以大规模降低成本。因此我们推测金属栅极和高K电介质很可能到32纳米工艺时才能投入使用。

　　在此次秋季IDF上，英特尔宣称它们正在建造当前世界上唯一一条45mn生产线，并已经投入了30亿美元。它就是在Oregon的Fab D1D。然而整条45nm生产线的总造价将接近90亿美元。除此之外，现在在以色列和亚力桑那州也有两个工厂处于建设之中。相信45nm生产线将很快投入运作。

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　　未来英特尔将在2007年年中投入CPU生产，并在15种不同类型的处理器中引入45nm生产工艺，覆盖台式机、移动计算和企业级市场，计划在2010年未将把性能/每瓦特系数提高300%，借助45纳米和更新的工艺来真正发挥Core微架构的威力。到2009年，英特尔会再向32纳米芯片制造工艺升级，推出代号Nehalem-C的产品，其后另外一种新的芯片架构Gesher将在2010年登场。

　　为了证明摩尔定律在未来持续有效并具有惊人潜力，英特尔在此次IDF上展示了一个新的处理器研究原型，在单个硅片上有80个简单浮点内核。这个仅有300mm大小的实验性芯片，能够达到每秒万亿次浮点运算的性能。要知道，当年英特尔开发出世界上第一个每秒万亿次浮点运算的超级计算机，这台庞然大物是由将近一万个奔腾Pro处理器驱动，装在超过85个大柜子里，占地约2000平方英尺。

　　可以说，一旦45nm投入运行，英特尔的45纳米处理器产品将打响一场非常漂亮的反击战。要知道AMD的65纳米工艺最早也要到2006年年底才能投产，而且产能是否能满足需要还是一个疑问，未来的两年内，将是AMD生死攸关的岁月。从IBM发布的研究信息来看，它的45纳米，以及后续的29.9纳米工艺研究并没有遇到困难，因此在制造工艺方面，AMD虽然落后于英特尔，但1年左右的差距并非是致命的。但在新架构的设计方面，K9/K10如果不尽快出现的话，已经老迈的K8架构将很难抵御45纳米工艺的Core微架构产品的攻势，AMD可能将再次被迫放弃主流市场。

　　无论如何，英特尔在处理器生产技术领域仍是当之无愧的领先者。当然我们仍然希望当前竞争格局的延续，这样消费者才能更快地用上更好、更廉价的产品。

三、芯片间用光来通讯？硅光子技术

　　当前，在计算机系统内部，还是“电”主导的天下。随着芯片中晶体管集成度的提高、工作主频的加快、数据带宽的增加等因素，“电”开始日益面临更多的挑战：芯片内电流的泄漏造成发热量的骤然增加，芯片内的金属导线也无法满足传输更多电子信号的需要……这都限制着集成度、工作主频、数据总线带宽等的进一步提高，亦即对计算机性能的进一步提升造成严重瓶颈。英特尔进一步研究了硅光子的结构和概念之后，似乎找到了新的模式，Intel在此次IDF上再次宣讲的硅光子技术，是利用硅的透光性。

　　硅也能透光？是的。目前“电”子计算机的芯片是从晶圆片上切割下来的硅片，用光线照射自然是透不过的；无论是什么样的硅片，可见光和紫外光都无法穿透；但是硅对红外是透明的，并且损耗很小。硅材料的好处是很透明，我们可以做成很小的器件，可以让光在硅很小的范围内可以拐弯走，成本很低，并且我们可以做各种各样的器件。

　　当然，硅的不足之处是“不发光的，它的光电效应非常低，并且不能对光进行探测。Intel目前的研究重点是：解决光源问题、光在芯片上如何进行传导的问题、如何进行光调制和光检测的问题，以及如何利用硅的机械性能将其与光纤结合在一起的问题。英特尔的综合种新技术很快就会进入试制阶段，此前IDF上我们已经看到了这一点，英特尔在IDF上展示了基于Hybrid Laser技术制造的设备。很显然，我们可以看到最终通过硅竟然实现了光的传递，而人类梦想的新技术终于诞生了：

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　　由于可以使用光进行数据通讯，因此在知道的时候完全可以不用考虑太多的电子干扰方面的问题，并且即时用来连接几十甚至上万个其他核心都变得相当容易，因为他们之间的连接只需要通过简单的光传导设备就可以了。英特尔称，这种技术可以提升晶体管大约50倍的数据传输能力。

　　英特尔同时也宣称，采用这种技术可以使未来的计算机内部拥有低成本，拥有超高数据通路的设备，虽然离正式商品化可能还需要等待5年左右的时间，但是因后数十个、甚至数百个混合硅激光器会和其它硅光子学部件一起，被集成到单一硅片中去。从现实来讲，硅光子在计算机系统中的应用最早还是从芯片间互联开始。这一方面是因为计算机系统的性能瓶颈目前还主要在处理器和外围芯片以及存储设备(比如内存)之间，同时在技术上实施也要简单一些。更长远地，硅光子技术还可能走进处理器芯片内部，至于介质是采用玻璃光纤，还是塑料光纤，亦或是硅材料，目前还没有确定的方案。

从2006年秋季IDF看英特尔未来技术发展动向
这种技术可以提升晶体管大约50倍的数据传输能力

　　不过象不少新技术一样，硅光子技术从实验走向实用也面临着巨大的挑战。荣海生博士指出，最严峻的一个问题是损耗还比较大: 目前光纤可以做到0.2db/公里，硅光子由于依靠腐蚀硅材料的办法做波导，目前典型的数据是0.2db/厘米，信号衰减还比较大。

四、SSE4技术终于正式现身

　　此SSE起，到目前已经正式发展到了第4代。此前虽然英特尔宣称已经在Conroe架构引入了SSE4的支持，但一直并没有公布具体的官方技术白皮书。这相当令人感到纳闷。也许英特尔是基于特殊的考虑，仅让少数合作软件厂商取得数据，只是这种作法实在很没有说服力就是了，天底下没有哪家处理器厂商，希望自己新增的指令越少人用越好。不过，在此次IDF上，英特尔终于让SSE4正式登场亮相。

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　　新的SSE4指令集增加了50条新的增加性能指令，这些指令将有助于编译、媒体、字符/文本处理和程序指向加速，并将更注重针对视频方面的优化。其中SSE4主要改进之处可能将针对英特尔的Clear Video高清视频技术及UDI接口规范提供强有力的支持。这两项技术基于965芯片组，Intel的官方把Clear Video技术定义为：支持高级解码、拥有预处理和增强型3D处理能力。

从2006年秋季IDF看英特尔未来技术发展动向

　　我们知道Intel在今年6月份发布的Core 2 Duo中为SSE指令集进行全新优化。新增的SSE优化包括Core 2架构加速的SSE, SSE2和SSE3双操作。经过优化的Core 2架构可以在单时钟周期内执行一条128位SSE, SSE2和SSE3指令。Intel之前的Netburst和Core架构则要求两个时钟周期来执行同样的指令。这种扩展和优化版SSE3实际上并非全新的指令级，更多的只是效率上的改进，因此这些在Core 2 Duo中被命名为Supplimental Streaming SIMD，并不属于SSE4指令。

　　SSE4指令集将会在Intel 2007年第2季度上市的45nm产品中得到应用。包括第2代Core构架的Nehalem以及45nm版本的Core 2 Duo Penryn。Penryn和其它45nm处理器将会在2007年中叶开始出样，在2008年上半年开始出货。但是SSE4将仅仅首先应用于Nehalem上。

五、放弃FB-DIMM，改投DDR3内存？

　　我们都知道，此前英特尔一下在力推支持FB-DIMM内存技术，曾一度宣称FB-DIMM将成为未来平台的主力内存。不过，近段时间来，业界盛传由于FB-DIMM功耗奇高，英特尔已经打算放弃在桌面平台发展FB-DIMM的计划。而在此次IDF上，我们也似乎看到了这种趋势，英特尔2007年年中即将发布代号为Bearlake的芯片组，这种芯片组将支持Core 2处理器，而这种芯片组最大的特点就是开始提供对官方1333MHz总线的支持，并且开始提供对DDR3内存的支持。

　　从SDRAM到DDR内存，桌面市场上的内存主流产品更替用了挺长的时间，当然这里面也有英特尔RDRAM计划“不可磨灭”的贡献；从DDR到DDR2的更替要显得自然、顺利的多，目前AMD、英特尔都已经将DDR2内存的支持纳入自己主流产品的规格中。不过，DDR2的缺点在于爆发限制，造成DDR2设备在预读取功能上的限制。更为令人遗憾的是，DDR2的显存延时表现也令人无法完全满意。

　　目前DDR2的CL最低值为3，最高为5，并且不再有x.5的设计。为了解决这一问题，DDR2采用了前置CAS技术，并引入了AL值的概念。不过前置CAS在解决老问题的同时也带来了新的问题—在背靠背式读取时，仍将经过AL+CL的潜伏期才能读取数据，比传统的只有CL相比，读取的延迟反而增加了。因此，各厂商在DDR2基础之上又推出了DDR3内存规格。

　　DDR3在DDR2的基础上釆用了以下新型设计：1、8bit预取设计，而DDR2为4bit预取，这样DRAM内核的频率只有接口频率的1/8，DDR3-800的核心工作频率只有100MHz； 2、釆用点对点的拓朴架构，以减轻地址/命令与控制总线的负担；3、釆用100nm以下的生产工艺，将工作电压从1.8V降至1.5V，增加异步重置(Reset)与ZQ校准功能。不过，就具体的设计来看，DDR3与DDR2的基础架构并没有本质的不同。从某种角度讲，DDR3是为了解决DDR2发展所面临的限制而催生的产物。

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　　当前的DDR3样品颗粒采用240pin的封装，标准工作频率1066MHz，CL设置为7，明年等到Bearlake芯片组发布的时候，DDR3颗粒频率将可能达到1333MHz，这样就可以同Core 2 1333MHz的FSB频率正好对应起来。

放弃FB-DIMM，改投DDR3内存(二)

从2006年秋季IDF看英特尔未来技术发展动向

　　在IDF中英特尔的演示系统正在运行Quake 并给处了一个支持DDR3的CPU-Z的版本，但是遗憾的是英特尔并没有把支持DDR3的系统展示给我们看。DDR3内存相比DDR2内存的巨大优势就是功耗进一步降低，并且频率更容易提高，目前来看初期的DDR3颗粒已经基本可以满足实际的需求，但是有意思的是，直到现在JEDEC还没有通过DDR3颗粒的最终规范，看来目前DDR3还是存在一定的变数。

从2006年秋季IDF看英特尔未来技术发展动向

　　目前Elpida，英飞凌和三星等公司都纷纷投入了DDR3的研发工作，但从目前的情况来看，DDR3至少要到2007年下半年才可能被PC采用。英特尔当前的PC平台只支持到DDR2-667，下半年才会对DDR2-800提供支持；大约在2007年下半年，英特尔才会开始支持DDR3技术，但DDR2与DDR3将并存一年时间以上。英特尔预计要到2009年中期方可完成这两种内存的过渡，届时内存的主流标准将是DDR3-1333MHz。

　　至于AMD公司，其内存系统的升级速度比英特尔落后一个时代，AMD要等到下半年才会开始对DDR2规格提供支持，最快也要到2008年才有机会开始向DDR3过渡。有鉴于此，业界分析家普遍认为，从DDR2到DDR3的过渡可能会比DDR到DDR2的过渡需要更长的时间。与PC不同的是，英特尔宣布将在Xeon服务器平台中支持第二代FB-DIMM模组，该模组所采用的便是DDR3内存颗粒。但总体而言，DDR3要真正进入普及还有相当长的时间要走，各个内存芯片厂商都有足够的时间进行技术研发。

六、英特尔版闪存硬盘技术—Robson技术(一)

　　自1996年以来硬盘的读写速度平均以2.5％的幅度增长，发展到现在，硬盘的性能提高幅度还不到原来的1.3倍，而同时期内CPU的性能提升幅度超过了30倍，如此不协调的发展速度所产生的最大后果就是电脑在读写数据时出现明显的性能瓶颈，进而严重拖慢了系统的运行速度。体现在实际应用中，就是系统启动时间较长、运行大型3D游戏时长时间的启动等待……

　　这些看似不大不小的问题严重地影响了用户的使用感受。在这种情况下，各大硬件厂商开始了对硬盘工作原理的渐进式改革，融合硬盘与闪存优势的新硬盘技术便应运而生，此次秋季IDF大会上，Intel发布的一项名为“Robson”的新技术也引起了人们的广泛关注！

从2006年秋季IDF看英特尔未来技术发展动向

　　Robson技术是利用NAND闪存作为硬盘的高速缓存，达到大幅度提高数据读写速度的目的。在具体实现方式上，Intel的Robson技术采用的是“闪存扩展卡+核心驱动”的运行模式，其中扩展卡包括一颗NAND闪存控制芯片和NAND闪存，其中控制芯片负责数据读写动作，其作用类似于北桥芯片或CPU内部的内存控制器，而NAND闪存则用于存储数据，其容量大约在128MB—4GB范围内(容量越大，可存储的数据越多，加速的效果也越好)。

　　核心驱动的作用是将系统和应用程序启动所需的预加载数据拷贝到NAND闪存中，显然，闪存容量越大，所容纳的程序也越多。

英特尔版闪存硬盘技术—Robson技术(二)

从2006年秋季IDF看英特尔未来技术发展动向

　　为了获得更好的加速性能，Robson扩展卡不仅会采用高速NAND闪存芯片，还将借助多通道总线把多颗NAND芯片“捆绑”在一起，实现数据的并行读写，这样便可大幅度提高闪存模块的读写性能。举个例子，如果扩展卡采用读取速度为108MB/s的闪存芯片，并采用双芯片并行工作模式，那么Robson扩展卡将获得216MB/s的读取速度。而采用双15000rpm SCSI硬盘组成的RAID 0系统的平均速度也仅在100MB/s—130MB/s之间，看来Robson技术的应用前景非常值得期待。

　　目前英特尔的Robson技术中NAND闪存的容量大约是1GB，虽然选择更大的的闪存容量可能效果更好，但这样势必也会提升成本，因此出于成本考虑，暂时NAND闪存的容量被设定为1GB，目前英特尔还没有决定是否让Robson技术的容量可以由用户自己升级，因为这样的扩展将变得非常成本低廉，但却可以带来非常高的效率，毕竟从闪存读取速度要比从硬盘读取数据来的快得多。

　　其实，Robson的真正动人之处还在于不必对现有系统架构进行大的改动，它仅以一种与硬盘互补的姿态来切入PC平台。对于厂商来说只需要完善软件和驱动程序，就能轻松地为系统带来更优秀的性能表现，何乐而不为？因此，一旦今后NAND闪存发展成熟，它取代硬盘在系统中的主流地位将是水到渠成的事情。

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　　从目前的情况来看，Robson技术一定需要通过Windows Vista操作系统才可以支持，因为在Vista系统中，微软引入了Windows ReadyDrive以及Windows ReadyBoost技术。虽然Robson技术并不是Santa Rosa系统得必须，但英特尔未来还是推荐OEM厂商去推出支持Robson技术得迅驰笔记本电脑。